[論文レビュー] In Dust We Trust: An Overview of Observations and Theories of Interstellar Dust

Aigen Li, J. Mayo Greenberg|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 31被引用数 3

ひとこと要約

本レビューは、過去1世紀にわたり、銀河進化における恒星間ダストの観測的・理論的進展を包括的に統合し、ダストが動的で化学的に活性な役割を果たしていることを確立している。ダストが恒星の外流で形成され、付着や処理を経て恒星間および分子雲を通過して進化するプロセスを詳述するとともに、星形成・惑星形成を促進する遮蔽、冷却、触媒作用という観点からその重要性を強調している。一方で、ダストの組成、主要スペクトル特徴の原因物質、および生命の起源における役割に関する未解決の問題も浮き彫りにしている。

ABSTRACT

The past century of interstellar dust has brought us from first ignoring it to finding that it is an important component of the interstellar medium and plays an important role in the evolution of galaxies, the formation of stars and planetary systems, and possibly, the origins of life. Current observational results in our galaxy provide a complex physical and chemical evolutionary picture of interstellar dust starting with the formation of small refractory particles in stellar atmospheres to their modification in diffuse and molecular clouds and ultimately to their contribution to star forming regions. In this review, a brief history of the studies of interstellar dust is presented. Our current understanding of the physical and chemical properties of interstellar dust are summarized, based on observational evidences from interstellar extinction, absorption, scattering, polarization, emission (luminescence, infrared vibrational emission, and microwave rotational emission), interstellar depletions, and theoretical modelling. Some unsolved outstanding problems are listed.

研究の動機と目的

• 恒星間ダストが銀河間物質の主要成分であるという、歴史的かつ現代的知見を統合すること。
• 星形成から分子雲処理、星形成に至るまでのダストの物理的・化学的進化を検討すること。
• ダストの組成、原因物質、進化経路に関する未解決の問題を特定すること。
• ダストが分子形成を触媒し、分子領域をUV放射から遮蔽し、赤外線輝度に寄与する役割を評価すること。
• 銀河進化および生命の起源におけるダストの役割を理解するための今後の観測的・理論的課題を整理すること。

提案手法

• 恒星間減光、偏光、赤外線およびマイクロ波放射、および元素の枯渇に関する観測データの統合。
• さまざまな恒星間環境における微粒子形成、成長、破壊、処理の理論的モデルの統合。
• 実験的宇宙物理学および放射移動モデルを用いて、ダストの放射・吸収特性を解釈すること。
• 希薄な雲と分子雲の間を循環するダストの進化を分析し、氷被膜の付着およびUV放射処理を含む。
• 2175 Åの減光の盛り上がり、拡散型恒星間帯（DIBs）、未解明赤外帯（UIRs）を説明するモデルの適用。
• エネルギー散逸（赤外線放射）、UV放射からの遮蔽、および双極性拡散の制御という観点から、星形成におけるダストの役割の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2175 Åの減光の盛り上がりと拡散型恒星間帯（DIBs）の原因物質は何か？
• RQ2 未解明赤外帯（UIRs）の起源と原因物質は何か？また、それらは主に分子雲内で形成されたPAHs、それとも炭素に富んだ外流で形成されたものか？
• RQ3 拡張赤色発光（ERE）の原因は何か？その原因物質は何か？
• RQ4 恒星間ダストの微粒子は、主に寒冷な銀河間物質で形成されるのか、それとも進化した星の凝縮した星間ダストとして形成されるのか？
• RQ5 恒星間ダストの微粒子の真の組成、形状、サイズ分布は何か？また、コメットや星間ダストに存在する結晶性ケイ酸塩がなぜ銀河間物質に希少なのか？

主な発見

• 恒星間ダストは赤外線放射によって全銀河輝度のおよそ30％を占め、星形成過程におけるエネルギー散逸の中心的役割を果たしている。
• ダスト微粒子は、進化した星の外流、Wolf-Rayet星、超新星で形成され、その後、希薄な雲および分子雲において付着、凝集、UV放射処理を経て処理される。
• 2175 Åの減光の盛り上がりは、小さなケイ酸塩または炭素系微粒子によるものと考えられるが、その正確な原因物質は未特定のままである。
• 未解明赤外帯（UIRs）は多環芳香族炭化水素（PAHs）と強く関連しているが、その形成メカニズム—分子雲内で形成されるのか、それとも炭素に富んだ外流から生じるのか—は未解決のままである。
• 拡張赤色発光（ERE）は、特定の光学的性質を持つダストに関連しており、炭化ケイ素やアモルファス炭素を含む可能性があるが、その原因物質は依然として不明である。
• ダストの破壊は、ショック波におけるスプラッタリング、蒸発、破砕によって起こり、微粒子の成長および被膜形成は高密度分子雲で進行するが、化学的進化および星形成効率に大きな影響を及える。